无人机在精准农业中的应用现状分析*

梁盛开，林 甄，谢金冶，田 硕，潘嘉震

(1.三亚学院理工学院,海南 三亚 572022； 2.三亚小象科技有限公司,海南 三亚 572000)

0 引言

随着我国城镇化加快，农村劳动力外出务工较多，导致农村劳动力短缺，进一步提升了机械化作业的需求。同时精准农业概念的提出和我国无人机技术的快速发展，无人机在农业中的应用也逐渐广泛，能有效解决农村劳动力短缺的问题，并且无人机具有灵活性好，作业效率高，作业安全等优点，其中作业效率是人工作业的数十倍，节约大量资源。为了鼓励发展，部分地区相继出台了各种扶持政策，为无人机在农业领域的发展助力。目前民用无人机按动力来源可分为燃油无人机和电动无人机；按飞行平台构型可分为单旋翼无人机、多旋翼无人机和固定翼无人机。现在应用于精准农业的无人机主要为电动多旋翼无人机和油动单旋翼无人机。其中油动单旋翼无人机的优点是载荷较大，可达30公斤以上，并且航时较长，单次飞行时间可达30分钟以上。相比多旋翼无人机，油动单旋翼无人机下压风场更大，更强，乱流更少，从而在雾滴穿透性和喷洒效果方面优于多旋翼无人机。他的缺点是机械结构较为复杂，飞控系统调试难度大，操作难度大，造成使用和维护门槛较高，且发动机寿命较短，仅数百小时，售价和维护成本较高。电动多旋翼无人机机械结构相对油动单旋翼无人机较为简单，易于控制，飞控系统成熟，调试方便，机械维护方便，售价便宜。但电动多旋翼无人机的载荷能力较弱，单次作业时间较短，约10分钟，电池循环次数较少，仅为100次左右。

1 喷洒技术

喷洒农药是解决病虫害的主要方式之一，但人工喷洒费时费力，费水费药，效率低且安全性差[1]。与人工喷洒方式相比，无人机(如图1)喷洒技术具有以下五个优点：

图1 大疆T20植保无人机

1) 作业灵活性好，运输方便，不受地形影响。

2) 作业效率高，只需对农田航拍后即可自动生成作业方案。

3) 施药能力强，螺旋桨产生的气流能使雾滴更具穿透力，对叶背和根部实现覆盖。

4) 省水省药，目前无人机每天可喷洒约300亩，人工喷洒每天每人约为10亩，与人工喷洒相比，无人机喷洒的效率约为人工的30倍[2，3]。

5) 安全性高，操作员远距离作业，不接触农药。

在喷洒技术方面，主要有变量喷雾、静电喷雾两大技术方向。

变量喷雾技术：主要有三种控制方式，分别为压力式控制，浓度式控制和流量式控制[4]。通过研究发现，压力式控制的特点为，在喷雾压力增大，流量增大时，雾滴会明显减小并且更加分散[5]。浓度式控制的特点为，存在较大的时间滞后问题[6]。流量式控制方式无显著问题，应用较为广泛，主要有脉宽控制和变频控制两种方式[7，8]。

静电喷雾技术：静电喷雾相比于普通喷雾，在雾滴沉积率，均匀性等方面具有很好的改善，有望成为节能减药的重要手段。静电喷雾技术主要有三种荷电方式[9]，分别为电晕式荷电，接触式荷电和感应式荷电。

2 撒播技术

中国地形复杂，部分地区难以使用大型地面播种机械。无人机作业灵活，效率高，可有效解决部分地区的机械化问题[10-13]。无人机(如图2)的撒播装置主要由4个部分组成，分别为风机、导流通道、分流箱和排种槽轮。工作时，风机产生的气流将种子吹入导流通道，将二者混合后，从气固混合出口撒出。

图2 大疆MG撒播系统

3 遥感技术

农业遥感技术是现代科学理论基础上发展起来的先进且实用的技术，无人机遥感系统(如图3)通常由飞行平台，传感器负载，地面站，通信系统和影像处理软件组成。相比卫星遥感无人机遥感具有效率高，精度高，实时性强等优点。常用的遥感设备有高光谱，多光谱，RGB等。在应用中，遥感可在农业中实现作物面积遥感监测、作物长势动态监测、耕地资源调查、土壤关键属性调查、土壤侵蚀退化与障碍性土壤调查、旱涝灾害监测、冷冻灾害监测、病虫害监测、农田精准化施肥、农田精准化灌溉等应用[13-18]。

图3 大疆精灵4搭载的多光谱成像系统

4 结论

国家对农业无人机的补贴力度还在持续增强，大力促进了我国农业无人机发展和植保机械化的进程，使无人机在精准农业中得到了广泛应用。但目前农业无人机在部分应用上还存在着各种问题，如撒播应用时存在重播和漏播的问题，电动多旋翼无人机载荷较小，航时较短的问题，遥测成本过高的问题。随着产业链各方的共同努力，我国无人机在精准农业的应用会更广泛，作业会更高效，问题会更少，这将使我国农业生产更高效，高质，高量，推动我国农业进入崭新的智慧化时代。